DE3643688C2 - Biegesteife Plattenanordnung mit Wabenstruktur - Google Patents

Biegesteife Plattenanordnung mit Wabenstruktur

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Description

Die Erfindung betrifft eine biegesteife Plattenanordnung nach der Gattung des Anspruchs 1.
Platten mit Wabenstruktur mit akustischen, thermischen und en­ ergetischen Isoliereigenschaften sind in den letzten Jahren auf verschiedenen Gebieten verwendet worden, z. B. in der Beförde­ rungstechnik und in der Architektur.
In den Fig. 13A und 13B sind bekannte Rahmen und Plattenan­ ordnungen mit Wabenstruktur dargestellt. Gemäß Fig. 13A ist eine Plattenanordnung 50 mit Wabenstruktur durch Anbringung zweier Verkleidungsplatten 53 an der Ober- und Unterseite eines Mittelteils 52 und durch Verbindung eines Rahmens 55 mit U-för­ migem Querschnitt mit einer Kante 52a des mit den Verkleidungs­ platten 53 versehenen Mittelteils 52 gebildet. Ferner weist ge­ mäß Fig. 13B eine weitere Plattenanordnung 60 mit Wabenstruktur ein Mittelteil 62 mit Wabenstruktur und zwei mit dessen Ober- und Unterseite verbundene Verkleidungsplatten 63 auf, wobei ein Kantrohr 65 in einen Kanal verbindend eingreift, der aus den beiden Verkleidungsplatten 63 und einer Kante 62a des Mittel­ teils 62 besteht.
Der Rahmen 55 mit U-förmigem Querschnitt und das Kantrohr 65 liegen flach an der Kante des Mittelteils mit Wabenstruktur an, erhöhen jedoch nicht nennenswert die Steifigkeit des Mittel­ teils mit Wabenstruktur. Aus diesem Grunde sind die vorstehend beschriebenen Plattenanordnungen für einen Gebrauch, der eine hohe Steifigkeit erfordert, ungeeignet.
Aus der US 3 476 422 ist eine Platte mit Wabenstruktur der ein­ gangs genannten Gattung bekannt, deren Aufbau der in Fig. 13A dargestellten Platte ähnelt. Die in dieser Druckschrift darge­ stellte und beschriebene Platte steht randseitig mit einem Rah­ men in Eingriff, dessen Höhe im wesentlichen der Dicke der Platte entspricht und der lediglich als Befestigungsrahmen für die Platte dient. Er besitzt dünne, spitz zulaufende Haltelei­ sten und führt insgesamt nur zu einer unwesentlichen Vergröße­ rung der Steifigkeit, was gemäß der entsprechenden Beschreibung auch nicht seine Aufgabe ist. Eine weitere, aus der FR 22 39 573 bekannte Plattenanordnung mit Wabenstruktur ist von einem Rahmen umgeben, der ebenfalls eine Wabenstruktur enthält. Die­ ser ist jedoch lediglich von außen angesetzt und steht nicht mit der zentralen Platte im Eingriff. Er weist somit auch kei­ nen gleichwirkenden Haltekanal auf. Seine Höhe entspricht zum Teil der Dicke der Platte und liegt zum Teil auch darunter. Insgesamt trägt auch dieser Rahmen kaum zu einer wesentlichen Versteifung der Gesamtanordnung bei.
Eine in der US 3 769 767 beschriebene Plattenanordnung dient ausschließlich zur Verbesserung der Schalldämmung der dort die Platte umgreifende Rahmen besitzt zwar ebenfalls einen Halteka­ nal bildende Vorsprünge, jedoch wird dieser Haltekanal nicht dazu verwendet, um den Rahmen mit der Platte in Eingriff zu bringen, da dieser Haltekanal nach außen weist. Die Biegestei­ figkeit wird durch einen solchen Rahmen nur unwesentlich ver­ bessert, was jedoch auch nicht das Ziel der dort beschriebenen Platte ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Steifigkeit einer Plattenanordnung mit Wabenstruktur durch einen verstei­ fenden Rahmen einfacher Konstruktion zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Eine wesentliche Verbesserung der Steifigkeit wird dadurch er­ reicht, daß der im Vergleich zur Platte höhere Versteifungsrah­ men aus Kantrohren durch Vorsprünge einen Kanal bildet, in den die Platte eingesteckt und verankert wird, so daß dieser Ver­ steifungsrahmen mit der Platte in festen Eingriff steht. Die Verwendung von Kantrohren führt zu einem einfachen und kosten­ günstigen Aufbau, wobei der eine geringere Höhe aufweisende Haltekanal einen festen Eingriff und eine feste mechanische Verbindung zwischen Platte und Rahmen gewährleistet. Der Ver­ steifungseffekt wird dabei noch dadurch verbessert, daß die neutrale Achse der Platte zur neutralen Achse des höheren Rah­ mens parallel versetzt ist. Dies wird durch eine einfache asym­ metrische Anordnung des Rahmens erreicht.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Plattenanordnung möglich.
Im Falle einer Anwendung der Plattenstruktur bei einem Fahrzeug wird der Rahmen als Fahrzeugrahmen verwendet und die Platte mit Wabenstruktur als Bodenglied.
Im Falle der Verwendung der Platte mit Wabenstruktur als Bodenglied eines Fahrzeugs oder für größere Anordnungen ist es möglich, daß eine Mehrzahl von Platten unterschied­ licher Dicke mit einem Paar Rahmen verbunden werden, die Kanäle geeigneter Größe für die Platten aufweisen, wodurch eine höhere Steifigkeit erreicht wird.
Materialien für ein Mittelteil mit Wabenstruktur, eine Verkleidungsplatte und eine Seitenplatte sind Metalle wie Aluminium oder Eisen, Papierwerkstoffe wie Pappe, kunststoffimprägniertes oder synthetisches Papier, Plastik­ folien bzw. -platten aus Polyäthylen, Polypropylen, Fiber­ glasverstärkungen dafür, usw.
Die vorstehende Erfindung wird durch die folgende detaillierte Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Plattenanord­ nung mit Wabenstruktur gemäß einem Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine erläuternde Darstellung zur Verdeutlichung des Montageprozesses des Ausführungsbeispiels,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Platte mit Wabenstruktur,
Fig. 4 und 5 erläuternde Ansichten der Belastungsprüfung der Plattenanordnung mit Wabenstruktur,
Fig. 6 und 7 Draufsichten auf Plattenanordnung mit Wabenstruk­ tur,
Fig. 8 eine Seitenansicht einer Platte mit Wabenstruktur,
Fig. 9 eine erläuternde Ansicht einer Plattenanordnung mit Wabenstruktur vor der Montage gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer Plattenanord­ nung mit Wabenstruktur in der Anwendung bei einem Fahrzeug,
Fig. 11 eine Explosionsdarstellung der Anordnung gemäß Fig. 10,
Fig. 12A eine Schnittansicht der Anordnung gemäß Fig. 10 entlang der Linie XIIA,
Fig. 12B eine Schnittansicht der Anordnung gemaß Fig. 10 entlang der Linie XIIB,
Fig. 12C eine Schnittansicht der Anordnung gemäß Fig. 10 entlang der Linie XIIC,
Fig. 12D eine Schnittansicht einer Anordnung gemäß Fig. 10 entlang der Linie XIID,
Fig. 12E einen Endaufriß der Anordnung gemäß Fig. 10 entlang der Linie XIIE und
Fig. 13A und 13B Schnittansichten anderer Plattenanordnungen mit Wabenstruktur.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 stellt eine perspektivische Ansicht einer Platten­ anordnung mit Wabenstruktur dar. Im folgenden wird der Herstellungsprozeß der Plattenanordnung 1 mit Wabenstruktur beschrieben. Zuerst wird eine Platte 6 mit Wabenstruktur gebildet, indem Verkleidungsplatten 4 an die Ober- und Unterseite eines Mittelteils 3 mit Wabenstruktur mittels eines Klebstoffs angebracht werden. Zwischen parallelen Vorsprüngen 8b seitlich an Rahmen 8 werden Befestigungs­ nuten 8a gebildet. Wie in den Fig. 2A bis 2C dargestellt ist, erfolgt die Bildung der Plattenanordnung dadurch, daß gegenüberliegende Kanten der Platte 6 mit Wabenstruktur mit den Befestigungsnuten 8a der Rahmen 8 in Eingriff gebracht werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung sind die Kanten der Platte 6 mit Wabenstruktur mit den Befesti­ gungsnuten 8a zwischen den parallelen Vorsprüngen 8b seit­ lich an den Rahmen 8 in Eingriff gebracht. Das Mittelteil 3 mit Wabenstruktur und die Verkleidungsplatten 4 werden dabei fest zwischen den Vorsprüngen 8b gehalten.
Gemäß Fig. 2C verläuft eine erste Biegeachse l durch den Schwerpunkt der Platte 6 mit Wabenstruktur in der Richtung dieser Platte 6. Eine zweite Biegeachse L verläuft durch das Zentrum dem Rahmen 8 parallel zur Platte 6. Die Biege­ achsen l und L weisen voneinander einen Abstand Δd auf. Der Meßwert von Δd bezieht sich auf die vertikale Richtung. Auf diese Weise ist es möglich, die Biegesteifigkeit der Plattenanordnung 1 mit Wabenstruktur zu erhöhen.
Um den vorstehend genannten Effekt zu erzielen, wurde die Belastungsprüfung der erfindungsgemäßen Anordnung folgendermaßen ausgeführt. Zuerst wird die Platte 16 mit Wabenstruktur gemäß Fig. 3 dadurch hergestellt, daß Kant­ rohre 16a an gegenüberliegenden Kanten des Mittelteils mit Wabenstruktur angebracht und die Verkleidungsplatten 14 an der Ober- und Unterseite des Mittelteils 13 mit Wabenstruktur befestigt werden. Die Maßangaben der Einzel­ elemente zweier Muster (Nr. 1 und Nr. 2) sind in der folgen­ den Tabelle 1 wiedergegeben:
Wie des weiteren in Fig. 4 dargestellt ist, besteht eine Plattenanordnung 11 mit Wabenstruktur aus einer Platte 16 mit Wabenstruktur und zwei Rahmen 18, die an gegenüber­ liegenden Seiten befestigt sind. Die Rahmen 18 bestehen aus zwei Kantrohren mit den Maßen 150 mm×75 mm×5 mm t (JIS A 6063-T 5), die eine Biege­ steifigkeit von 0,78·10⁵ kg·m² aufweisen. Zwei parallele Träger 19 tragen gegenüberliegende Kanten der Anordnung. Ein Druckglied 12 ist auf die Anordnung 11 gelegt, um eine gleichmäßige Belastung auf diese auszu­ üben, wobei die Anordnung 11 mit einer Last von 100 kg in der Pfeilrichtung P beaufschlagt ist. Entsprechend wurde die Platte 16 mit Wabenstruktur ohne Rahmen einem Vergleichstest in der Art und Weise unterzogen, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Die Meßergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 aufgelistet:
In Tabelle 2 soll unter der Rubrik Ausführungsbeispiele/ Vergleichsmuster-Verhältnis das Verhältnis der spezifischen Steifigkeit G/W des vorliegenden Ausführungsbeispiels zu der des Vergleichsmusters verstanden werden. Bei dem Muster Nr. 1 weist das vorliegende Ausführungsbeispiel eine elfmal höhere spezifische Steifigkeit im Vergleich zu der des Vergleichsmusters auf. Auch beim Muster Nr. 2 besitzt das vorliegende Ausführungsbeispiele eine 2,5-mal höhere spezifische Steifigkeit bezüglich der des Vergleichs­ musters. Wie weiterhin beim Muster Nr. 1 dargestellt ist, besitzt das vorliegende Ausführungsbeispiel eine höhere Biegesteifigkeit im Vergleich zu der des Rahmens 18 (0,78·10⁵ kg·m²) und der der Platte mit Wabenstruktur zusammen (0,05·10⁵ kg·m²). Dieses Ergebnis zeigt, daß bei getrenntem Verlauf der Biegeachsen (neutralen Achsen) der Platte mit Wabenstruktur und des Rahmens die Platte mit Wabenstruktur eine viel höhere Biegesteifigkeit auf­ weist.
Die Rahmen 8, die gemäß Fig. 6 an gegenüberliegenden Kanten der Platte 6 mit Wabenstruktur angebracht sind, können auch gemäß Fig. 7 an allen vier Seiten der Platte 6 mit Wabenstruktur verbunden sein.
Ebenso kann die Platte 6 mit Wabenstruktur - wie dies in Fig. 8 gezeigt ist - aus einem vollständig abgedeckten Mittelteil 3 mit Wabenstruktur bestehen. Dabei sind die Verkleidungsplatten 4 an der Ober- und Unterseite befestigt, und weiterhin können Seitenplatten 15 an allen vier Seiten­ flächen des Mittelteils 3 mit Wabenstruktur angebracht sein.
Darüber hinaus kann der Rahmen gemäß der vorliegenden Erfindung - wie dies in Fig. 9 gezeigt ist - wie ein Rahmen 28 aufgebaut sein, der aus einem Halteteil 28e und einem damit verbundenen Rahmenteil 28d mit U-förmigem Querschnitt besteht. Der Rahmen 28 ist mit der Platte 6 mit Waben­ struktur über einen Haltekanal 28a verbunden.
Fig. 10 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei dem die Anwendung der vorliegenden Erfindung als Boden eines Fahrzeugs gezeigt ist. Gemäß dieser Figur ist ein Paar von Rahmen 38 beidseitig an einem Fahrzeug angebracht. Ein weiterer Rahmen 48 ist zwischen den beiden Rahmen 38 eingesetzt. Zwei Platten 36, 46 mit Wabenstruktur, wobei die Platte 36 dünner als die Platte 46 ist, werden von den drei Rahmen 38 (beidseitig) und 48 getragen.
Gemäß der Darstellung in Fig. 11 wird ein Haltekanal 38m zwischen parallelen Vorsprüngen 38f an einer Seitenfläche eines Kantrohrs 38c des Rahmens 38 gebildet, und ein weite­ rer Haltekanal 38n wird zwischen parallelen Vorsprüngen 38g an der entsprechenden Seitenfläche des Rohrs 38c ge­ bildet. Ebenso ist ein Haltekanal 48p zwischen parallelen Vorsprüngen 48h an einer Seitenfläche des Rahmens 48 ge­ bildet, und ein weiterer Haltekanal 48q ist zwischen par­ allelen Vorsprüngen 48i an der gegenüberliegenden Seiten­ fläche vorgesehen.
Die dünnere Platte 36 mit Wabenstruktur greift in die Haltekanäle 38m und 48p ein. Die dickere Platte 46 mit Wabenstruktur greift in die beiden Haltekanäle 38n und weiterhin in den Haltekanal 48q ein. Diese Verbindungen werden durch einen Klebstoff oder ein ähnliches Material gesichert.
Fig. 12A stellt eine Schnittansicht von Fig. 10 entlang der Linie XIIA dar. Unter der Bezugsziffer 43 ist ein Mittelteil mit Wabenstruktur, und unter der Bezugsziffer 44 sind Verkleidungsplatten dargestellt. Eine Biegeachse L₂ (neutrale Achse) des Rahmens 38 und eine entsprechende Achse l₂ der dickeren Platte 46 mit Wabenstruktur sind in vertikaler Richtung um Δd₂ voneinander versetzt.
In Fig. 12B ist eine Schnittansicht von Fig. 10 entlang der Linie XIIB dargestellt. Die Bezugsziffer 33 bezeichnet ein Mittelteil mit Wabenstruktur und die Bezugsziffer 34 zwei Verkleidungsplatten. Die Biegeachse L₂ des Rahmens 38 und die entsprechende Achse l₃ der dünneren Platte 36 mit Wabenstruktur sind in vertikaler Richtung um Δd₃ voneinander versetzt. Entsprechend ist es möglich, der Plattenanordnung mit Wabenstruktur eine höhere Steifigkeit als vorstehend beschrieben zu geben.
Auf dem Boden eines Fahrzeugs weist die dünnere Platte 36 mit Wabenstruktur die Fahrzeugeinrichtungen, wie z. B. eine Bremse oder ein Beschleunigungspedal, auf. Ferner wird die dickere Platte 46 mit Wabenstruktur für die Fahr­ zeugsitze verwendet, um eine höhere Steifigkeit zu er­ reichen.
Überdies ist der Rahmen 48 gemäß Fig. 12C montiert. Auch zwei Kantrohre 46e und 36c sind gemäß den Fig. 12D und 12E in den Platten 46 und 36 mit Wabenstruktur vorgesehen. Der Rahmen 48 und die Kantrohre 46e und 36c dienen als Querstreben auf dem Boden. Dieser Aufbau gewährleistet eine verbesserte Torsionssteifigkeit eines Fahrzeugs.
Wie vorstehend beschrieben, kann die erfindungsgemäße, eine hohe spezifische Steifigkeit aufweisende Plattenanord­ nung mit Wabenstruktur durch Auftrennung der Biegeachsen (neutralen Achsen) einer Platte mit Wabenstruktur und eines Rahmens voneinander in der Richtung der Lasteinwirkung erreicht werden. Dabei kann sich die vorliegende Erfindung in vielfältiger Gestalt unter den vorstehend genannten Bedingungen darstellen.
In dieser Beschreibung sind nur bevorzugte Ausführungs­ beispiele der Erfindung dargestellt und beschrieben, jedoch kann die Erfindung selbstverständlich auch auf andere verschiedene Ausführungsbeispiele in vielfältigen anderen Kombinationen und in verschiedener Umgebung angewandt werden und kann weiterhin Modifikationen im Rahmen des erfinderischen Konzepts erfahren, wie es hier dargestellt ist.

Claims (5)

1. Biegesteife Plattenanordnung mit einer Platte (6; 16; 36; 46), die ein eine Wabenstruktur aufweisendes Mittelteil (3; 13; 33; 43) und zwei an der Ober- und Unterseite dieses Mittel­ teils angebrachte Verkleidungsplatten (4; 14; 34; 44) aufweist und die in einem aus wenigstens zwei parallelen Rahmenteilen bestehenden Versteifungsrahmen (8; 18; 28; 38; 48) angeordnet ist, der zwischen sich einen Haltekanal bildende Vorsprünge (8b; 38f; 38g; 48h; 48i) aufweist, durch die der Versteifungs­ rahmen mit der Platte (6; 16; 36; 46) im Eingriff steht, wobei die durch den Schwerpunkt der Platte (6; 16; 36; 46) parallel zur Plattenebene verlaufende neutrale Achse der Platte und die durch die Schwerpunkte der beiden Rahmenteile des Versteifungs­ rahmens (8; 18; 28; 38; 48) parallel zu dieser Platte verlau­ fende neutrale Achse des Versteifungsrahmens zueinander um einen vorbestimmten Abstand versetzt sind, und wobei der Ver­ steifungsrahmen (8; 18; 28; 38; 48) aus Kantrohren besteht, de­ ren Höhe größer als die des die Platte aufnehmenden Haltekanals ist.
2. Plattenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl verschiedene Dicken aufweisende Platten (36; 46) mit Haltekanälen (38m; 38n) unterschiedlicher Breite verbunden sind, die an dem Rahmen (38) angeordnet sind.
3. Verwendung der Plattenanordnung nach Anspruch 1 oder 2 als Konstruktionsrahmen.
4. Verwendung der Plattenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Boden oder Bodenelement einer Konstruktion.
5. Verwendung der Plattenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Automobil.
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